Economies d énergie en cultures maraîchères

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1 Economies d énergie en cultures maraîchères Pistes actuelles et expérimentations en cours Eric Brajeul, Ariane Grisey, Serge Le Quillec, Raphaël Tisiot (Ctifl) Rencontres du végétal Angers le 10 janvier 2011

2 Conduites économes en énergie Expérimentées au Ctifl Ecran thermique : technologie de base, avec une utilisation majoritairement de nuit Conduite en température : augmentation du confinement de jour, pour compenser les baisses de température de nuit Importance du choix variétal Pas d intérêt de diminuer trop fortement la température de nuit Intérêt de prendre en compte les prévisions météorologiques Nécessité de maintenir la température moyenne sur 24 heures

3 PROJET PLANTINOV SER Projet sur le centre Ctifl de Carquefou soutenu par le Conseil Régional des Pays de la Loire et l ADEME, OBJECTIFS DU PROJET : labellisé par Végépolys Mettre au point des conduites de serres économes en énergie pour optimiser l outil existant, Rechercher du matériel végétal adapté, Valider sur sites pilotes professionnels les équipements et les stratégies qui auront démontré un intérêt technico-économique pendant la phase d expérimentation.

4 PROJET PLANTINOV SER 2 axes de recherche étudiés Chauffer la plante plutôt que l air : Relocalisation des tuyaux de chauffage BT au plus près des plantes Gérer spécifiquement la température et l hygrométrie : Utilisation de déshumidificateurs thermodynamiques

5 Relocalisation des réseaux de chauffage En culture de concombre 1. Système de chauffage classique (1 tube aérien + 1 tube de végétation par rang) 2. Système de chauffage relocalisé (4 tubes de végétation par rang + 1 tube aérien peu utilisé) 3. Système de chauffage partiellement relocalisé (2 tubes de végétation par rang + 1 tube aérien moins utilisé)

6 Relocalisation des réseaux de chauffage Chauffage relocalisé Chauffage classique Tuyaux de chauffage de végétation Tuyaux de chauffage aérien

7 Relocalisation des réseaux de chauffage

8 Relocalisation des réseaux de chauffage

9 Relocalisation des réseaux de chauffage Chauffage relocalisé : impact globalement positif sur la culture, notamment au niveau sanitaire, Relocalisation totale (4 tuyaux de végétation par rang) : amélioration de la performance technique en 1 ère culture, Relocalisation partielle (2 tuyaux de végétation par rang) : optimum énergétique et économique sur l ensemble des 3 cultures, Investigations physiologiques / capteurs plante et évaluation des conditions d intégration technico-économique de la relocalisation / déshumidification thermodynamique.

10 Déshumidification thermodynamique En culture de tomate : Intérêt d un déshumidificateur industriel sur la maîtrise du climat, les économies d énergie, les résultats agronomiques et la maîtrise sanitaire vis-à-vis du Botrytis de tige? 1. Chauffage gaz (conduite avec intégration température sur 24 heures et déshumidification classique par chauffage + aération) 2. Stratégie chauffage gaz (intégration température sur 24 heures) et/ou déshumidification thermodynamique : Période avec combinaison des 2 systèmes (hiver/automne) limiter les longues phases de relance énergivores, Période avec arrêt chauffage gaz (printemps/été) et conduite avec déshumidificateur (2 batteries 39 W/m²). Maintien de températures moyennes sur 24 h identiques dans les 2 modalités (descente à température de nuit moins basse avec déshumidificateur).

11 Caractéristiques du déshumidificateur thermodynamique avec 2 compresseurs (VULCANIC) Puissances absorbées Compresseur : 1,9 kw / compresseur Ventilateur : 2,9 kw Puissance absorbée 1 étage : 16 W/m² Puissance absorbée 2 étages : 22,3 W/m² Puissance de déshumidification Pour chaque compresseur : eau condensée de 3,5 kg/h à 20 C et 80 % HR Puissance calorifique Pour 1 étage : 24 W/m² Pour 2 étages : 39 W/m² Puissance de ventilation 2,4 renouvellements d air par heure

12 Déshumidification thermodynamique Pendant la 2 ème période (arrêt chauffage gaz) du 20/05/2010 au 05/09/2010 : -Fonctionnement moyen de 2h50 par jour et quantité d eau condensée de 0,083 l/m²/jour, -En absence de chauffage : températures moyennes sur 24 h légèrement inférieures de 0,4 C, mais diminution du gradient vertical de température, -Impact du fonctionnement du déshumidificateur sur l hygrométrie très faible, -Nécessité de piloter le déshumidificateur non pas sur le niveau de déficit hydrique, mais sur le niveau de température.

13 Déshumidification thermodynamique Aucun impact de la déshumidification sur les plantes (croissance, stade de floraison, charge en fruits, nombre de fruits récoltés, équilibre végétatif/génératif, vigueur de la plante, stade de récolte). Poids Total Commercialisable (kg/m²) Poids Moyen Commercialisable (g) Témoin 49,8 124 Avec déshumidificateur 49,0 120 Pas de différence significative au niveau des résultats agronomiques entre les 2 conduites sur toute la période d observation.

14 Déshumidification thermodynamique GAZ ELECTRICITE COUT KWh/m² Coût Coût PERIODE KWh/m² /m² /m² /m² Témoin 342,0 10,2 0,0 0,0 10,2 Avec déshumidificateur 263,0 8,2 10,8 0,4 8,6 Gaz : Tel Nuit zone 1 ; Electricité : tarif jaune EJP Pendant la phase d arrêt du chauffage gaz : économie réalisée avec le déshumidificateur = 1,56 /m². Sur la période d observation : économie = 1,58 /m², hors abonnement électrique.

15 Déshumidification thermodynamique Arrêt du chauffage gaz possible du 19 mai au 14 septembre sans pénaliser les résultats agronomiques et la maîtrise sanitaire d une culture de tomate hors sol (puissance calorifique de 39 W/m² et coût d électricité de 16 cts /m² hors abonnement). Efficience énergétique améliorée de 19% par rapport à une conduite témoin, mais économie insuffisante (1,58 /m²) pour pouvoir amortir raisonnablement le coût d investissement d une telle installation. Nécessité d obtenir un gain de rendement, notamment par l effet accélération de la maturation pendant la période de combinaison chauffage et déshumidificateur.

16 PROJET SERRE CAPTEUR D ENERGIED Serre expérimentale du centre Ctifl de Balandran financée par le Fond Interministériel, l ADEME, le Conseil Régional Languedoc Roussillon et FranceAgriMer (budget 1,9 M financé à 63 %), projet labellisé par le PEIFL. "F-Clean " Première plantation réalisée en décembre 2009.

17 PROJET SERRE CAPTEUR D ENERGIED Axes étudiés Double écran thermique en toiture Test de la couverture plastique F-Clean Déshumidificateurs thermodynamiques Serre semi fermée : chauffage avec pompe à chaleur eau/eau, refroidissement avec échangeurs thermiques Stockage de l énergie thermique en aquifère 2 L eau se refroidit en chauffant la serre 2 L eau se réchauffe en refroidissant la serre Stockage «Froid» Stockage «chaud» Stockage «Froid» Stockage «chaud» 3 Injection de l eau refroidie Échangeur primaire PAC 1 Pompage de l eau réchauffée Échangeurs thermiques eau/air 1 Pompage de l eau refroidie 3 Injection Échangeur primaire de l eau réchauffée Échangeurs thermiques eau/air Stock d eau refroidie autour du forage Stock d eau réchauffée autour du forage Stock d eau refroidie autour du forage Stock d eau réchauffée autour du forage Puits froid Puits chaud Puits froid Puits chaud

18 Serre F-Clean

19 Déshumidificateurs industriels dans une serre très étanche Dans le cadre du Projet Positionnement dans la serre : «Serre Capteur d Energie» Groupes de marque Giordano, installés sans gaine sous les gouttières. Positionnement dans la serre rails gouttières groupes de deshumidification circulation d air sous les gouttières

20 Déshumidificateurs industriels dans une serre très étanche Descriptif du fonctionnement : Fonctionnement des groupes de déshumidification (1,3 kwe par machine, 1600 m 3 /h) sur la période de 2 heures avant l aube au coucher du soleil. Consigne de déficit hydrique : 3 g eau /kg air sec. Utilisation du double réseau forcas en complément pour déshumidifier. -2h Dans le cadre du Projet «Serre Capteur d Energie» Période de fonctionnement 3 g eau /kg air_sec Démarrage des 2 groupes le 17 mars Durée moyenne de fonctionnement dans une journée (heures) 4 Quantité moyenne d eau condensée (litres par heure) 7 Durée totale de fonctionnement (17/03/ /09/2010) (heures) 635 dont 64 % de mars à juin Remarque : un seul groupe en fonctionnement du 4 février au 17 mars 2010

21 Déshumidificateurs industriels dans une serre très étanche Tarification : Gaz : Tel Nuit zone 1 Electricité : tarif vert Dans le cadre du Projet «Serre Capteur d Energie» Consommation d énergie : Valeurs au 29 septembre 2010 Consommation d énergie Serre F-Clean Serre Témoin Gaz naturel (kwh/m²) Electricité groupes de déshumidification (kwh/m²) 2,2 - Total cumulé (kwh/m²) 142,2 203 Calcul économique : Valeurs au 29 septembre 2010 Serre F-Clean Serre Témoin Coût gaz naturel ( /m²) 4,75 6,89 Coût électricité ( /m²) 0,09 - Coût total ( /m²) 4,84 6,89 * due à l étanchéité de la serre et aux groupes de déshumidification Economie de 30 %* soit 2 /m²

22 Déshumidificateurs industriels dans une serre très étanche Développement de la culture : Dans le cadre du Projet «Serre Capteur d Energie» Serre F-Clean : vitesse de floraison un peu plus rapide sur la période hivernale Charge en fruits supérieure sur la période hivernale Pas d observations particulières au niveau de l hétérogénéité des plantes Pas de problèmes phytosanitaires avec le botrytis et l oïdium Rendement : Valeurs au 24 septembre 2010 Serre F-Clean Serre Témoin Rendement grappe (kg/m²) 42,6 41,3 Poids moyen (g)

23 Essai d échangeurs thermiques Chaufferie Ctifl Si l eau des bassins n est pas assez chaude Mode Chauffage Chaufferie Groupe froid Ctifl Si l eau des bassins n est pas assez froide Mode refroidissement 5 échangeurs Débit max d eau = 10 m 3 /h Pmax (laboratoire) = 350 W/m² Taux de brassage = 10 vol/h Cold water storage Eau froide Warm water storage Eau chaude Cold water storage Eau froide Warm water storage Eau chaude Stockage d eau = m 3

24 Essai d échangeurs thermiques Synthèse des résultats 2007/2008 et 2008/2009 Augmentation du rendement de 25 % : maintien de la serre fermée, optimisation de l injection de CO 2, meilleure gestion du climat sur la période estivale (44 kg/m² en 2009) Economie d eau de 25 % Quantité d eau récupérée par condensation : 35 % du volume total apporté Economie d énergie de 20 % Réduction des gaz à effet de serre de 60 %

25 Serre semi-fermée Dans le cadre du Projet «Serre Capteur d Energie» Descriptif du fonctionnement : Fig 1 : Schéma simplifié d utilisation en hiver Fig 2 : Schéma simplifié d utilisation en été Alimentation du double tube forcas et des centrales de traitement d air par la PAC eau/eau pour chauffer la serre capteur d énergie. Le réseau haute température (HT) a été utilisé pour contribuer à la déshumidification. Caractéristiques des équipements : 14 centrales de traitement d air (CTA) de marque Wesper : P froid = 426 W/m², P chaud = 182 W/m² Renouvellement d air maximal = 5,4 vol/h (débit unitaire d une CTA : 2400 m 3 /h). 14 gaines textiles double diffusion de diamètre 350 mm. Refroidissement à partir de la semaine 21 (début juin). PAC eau/eau, de marque Trane : P chaud 287 kw, P froid 237 kw, P absorbée 50 kw. Ballons de stockage 30 m 3 chacun. 2 forages réversibles : débit 50 m 3 /h. Pilotage ISII Hoogendoorn.

26 Serre semi-fermée Dans le cadre du Projet «Serre Capteur d Energie»

27 Serre semi-fermée Dans le cadre du Projet «Serre Capteur d Energie» Premiers résultats de la serre semi-fermée comparables aux tests préliminaires : Economie d énergie, Réduction des volumes d eau apportés et récupération de l évapotranspiration des plantes, Augmentation de la vigueur, de la charge des plantes et des résultats agronomiques. Etude du stockage thermique en aquifère par le BRGM. Optimum de fonctionnement du refroidissement en serre semi-fermée trouvé en cours de période estivale. Optimisation de la déshumidification avec les doubles batteries, notamment de nuit. Evaluation du free cooling dans les conditions du Sud-Est.

28 Conclusion Différents projets menés par le Ctifl en relation avec ses partenaires : Vers des systèmes moins exigeants en température : projet Plantinov ser, Vers un outil de production plus autonome en énergie et une réduction de la consommation énergétique des serres : projet «serre capteur d énergie». Démarche ciblée sur la durabilité des serres dans le concept de production légumière intégrée. Des résultats techniques prometteurs qui nécessitent une évaluation technico-économique. Une adaptation possible aux outils existants une nécessaire préfiguration des futurs outils?